生物（人教版）选修2精品导学案：第3章第2节酶在工业生产中的应用
文档属性
| 名称 | 生物（人教版）选修2精品导学案：第3章第2节酶在工业生产中的应用 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2015-08-29 18:06:11 | ||
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文档简介
第2节 酶在工业生产中的应用
1．说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。
2．举例说明酶在工业生产中的应用。
3．尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。
4．认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以及科学技术是不断发展的。
一、酶的家族与酶制剂的生产
1．酶的种类
（1）根据存在部位分为：胞内酶和______酶。
（2）根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、________酶、裂解酶、连接酶、转移酶和________酶六大类。
2．酶的优点
比无机催化剂____________，反应条件______。
3．酶的生产
（1）微生物发酵生产：大量________都是利用微生物发酵生产。
（2）基因工程菌发酵生产：一些________是通过基因工程菌发酵生产。
4．固定化酶技术
（1）方法：采用多种办法将酶固定在一定的________上，制备成________的固体颗粒，称为固定化酶。
（2）固定化酶的优点：避免了______产物，又可以______使用，从而有助于实现反应的________化和自动化。
二、酶在工业生产中的应用
1．酶相比无机催化剂的优越性
（1）反应能在______、常压和________条件下进行，可以节省大量的能源和设备投资。
（2）生产过程中不会造成__________，符合环境保护的要求。
（3）生产过程简单、________，产品质量好，生产成本低。
2．应用
（1）已成功用于______工业、改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。
（2）在________和化工工业方面有着广泛的应用。
（3）在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产______。
答案：一、1.（1）胞外 （2）水解 异构
2．催化效率高 温和
3．（1）应用的酶 （2）重要的酶
4．（1）载体 不溶于水 （2）污染 反复 连续
二、1.（1）常温 中性pH （2）严重的污染 （3）效率高
2．（1）食品 （2）轻工业 （3）药物
1．酶催化反应的优缺点
（1）酶催化反应的优点主要表现在以下几个方面。
①酶催化的反应类型十分广泛。六大酶类催化的反应
基本上涵盖了各种化学反应类型，因此，酶具有极其广泛的应用范围。
②酶催化的反应具有极高的选择性，包括对底 ( http: / / www.21cnjy.com )物的种类，底物中的区域、位点等的选择性，因此，一种酶只能够催化一种底物或一类底物的一种反应，酶反应可以在一个十分复杂的系统内进行特定的反应，而且几乎没有副反应，反应的转化率和产率高。这在临床检验、化学分析和特定产品的生产上要比化学方法具有更大的优势。
③酶催化的反应速度快。酶催化的反应速度大约比化学催化剂催化的反应速度快1010倍，因此，酶催化的反应时间短，设备利用率高，生产效率高。
④酶催化的反应条件温和，一般是在常温、常压、近乎中性pH条件下反应，因此，能耗低，设备要求低，使用时间长，反应成本和操作成本低。即使近期开发出来的极端酶类，如耐高温酶和嗜酸碱酶等，催化反应的条件也远比化学催化剂催化的反应条件低得多：最高温度在100 ℃左右，最适pH为2～11，不必在强酸、强碱条件下进行。
（2）酶催化反应的缺点主要有以下几个方面。
①大多数酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易发生变性、失活，因此，在使用和保存酶时要十分小心，要尽可能保持适宜的条件。为了维持酶的稳定和催化效率，在酶催化反应和保存时要使用缓冲液系统；一般的酶不能够耐受高温，可以在低温下保存，但是也有的酶在低温下也会失活，甚至更不稳定。有些酶对金属离子十分敏感，为保持这些酶的稳定性和催化反应的活性，还需要一些特定的金属离子；大多数酶对有机溶剂比较敏感，在这些有机溶剂中易失活。因此，必须根据具体的酶的性质采取相应的措施。
由于酶对温度、pH和有机溶剂敏感，稳定性差，使之在某些应用上受到限制。
②绝大多数酶溶于水，催化反应结束后，多数酶 ( http: / / www.21cnjy.com )还有活性，因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。为了不让酶污染产物，往往通过加热或其他方法使酶变性失活，从反应系统中除去。这样，花了很大力气生产的酶只使用了一次，就不得不使其变性失活，这是很大的浪费。当然，现在发展的酶的固定化技术，可以提高酶的稳定性，还可以解决酶催化反应后从反应体系中分离重复使用的问题。
③有些酶，如氧化还原酶、转移酶、某些裂解酶，在催化相应反应时，需要特殊的辅助因子，如NAD＋、NADH、NADP＋、NADPH、FAD、FMA、ATP，以及金属离子等。因此，在酶催化反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。而这些辅酶参加反应后，如果没有辅酶再生系统使之再生，一旦辅酶完全被消耗，酶反应就会停止；辅酶一般十分昂贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。为解决这个问题，人们可以采用两种办法：一是使用含有酶的微生物细胞，通过提供适当的辅酶再生的底物，如葡萄糖，利用细胞的辅酶再生系统，使辅酶再生循环使用；另一种办法是建立辅酶再生的酶反应系统与主要的酶反应耦联，使辅酶可以再生循环使用。
2．使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较
类型 优点 不足
直接使用酶 催化效率高，低耗能，低污染等 对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中酶很难回收，不能被再次利用，反应后酶会混合在产物中，可能影响产品质量
固定化酶 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用 一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物都是通过一系列的酶促反应才能得到的
3.酶制剂的主要品种
酶制剂有多种。从形态上分，有固体酶制剂和液 ( http: / / www.21cnjy.com )体酶制剂，例如，在制糖工业和发酵工业上，经常使用的、用于制备葡萄糖的葡萄糖淀粉酶，就有固体和液体两种。固体酶制剂体积小，容易运输、保存，比较稳定，所以大多数酶制剂以固体形式生产、销售。固体酶制剂的主要缺点是杂质含量高，酶活性较低，生产过程中需要沉淀和干燥，酶活性损失较大。液体酶制剂是继固体酶制剂之后发展的剂型，相对于固体酶制剂，它的生产比较简单，成本较低，使用方便。液体酶制剂的生产关键是解决酶制剂的稳定性问题，为此，液体酶制剂中大多需要加入适当的稳定剂和保护剂。另外，液体酶制剂的运输和保存也较固体酶制剂难度大些。
按酶制剂在应用领域上的分类，有用于工业生产上作为催化剂的工业酶制剂（如α淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖异构酶、青霉素酰化酶、天冬氨酸酶等等），有用于食品生产加工的酶制剂（又称为食品酶制剂），还有用于临床检测的诊断酶制剂，用于化学分析的酶分析制剂，用作药物的药物酶制剂和用于洗涤剂的洗涤酶制剂等。
按酶的来源不同，还可将酶制剂分为植物酶制剂、动物酶制剂和微生物酶制剂。针对应用的需要，按酶生产加工方法的不同，又可将其分为游离酶制剂、固定化酶制剂、酶试纸、酶电极等。
题型一 酶的功能
【例1】 下列叙述属于酶的功能的是（ ）
A．酶的催化作用受温度的影响 B．酶对酸碱度的变化很敏感
C．酶大多是蛋白质 D．酶是生物催化剂
解析：分析各选项，A、B两项叙述的是影响酶功能的因素，C项叙述的是酶的性质，只有D项叙述的是酶的功能。
答案：D
题型二 固定化酶技术的应用
【例2】 试分析下图中，不是酶的常见固定方式的是（ ）
解析：A、B选项适合于酶的固定化，C选项既可用于酶固定，也可用于细胞固定。
答案：D
反思领悟：固定化酶通常采用包埋法、化学结合法和物理吸附法。
题型三 固定化酶技术的特点
【例3】 下列不属于固定化酶在利用时的特点的是（ ）。
A．有利于酶与产物分离 B．可以被反复利用
C．能自由出入依附的载体 D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应
解析：固定化酶是采用包埋法、化学结合法或物理吸附法将酶固定在一定载体上，所以固定化酶不能自由出入依附的载体。
答案：C
1．根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是（ ）。
A．呼吸酶 B．光合酶 C．消化酶 D．解旋酶
2．在果汁生产中加入果胶酶的目的是（ ）。
A．分解纤维素 B．增加果汁的营养成分
C．增加果汁的黏稠度 D．使榨取果汁变得更容易，并使果汁澄清
3．下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是（ ）。
A．在B点之前，果胶酶的活性和温度成正比；之后，成反比
B．当温度升高到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化效率最高
C．A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升
D．C点时，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以上升
4．酶的固定化常用的固定方式不包括（ ）。
A．吸附 B．包埋 C．化学结合 D．将酶加工成固体
答案：1．C 胞内酶是存活 ( http: / / www.21cnjy.com )在活细胞内的酶，胞外酶是指分泌到细胞外的酶，呼吸酶、光合酶、解旋酶都在细胞内发挥催化作用，消化酶由消化腺分泌到消化道起消化作用。
2．D
3．D 从题图中可以看出随着温度升高， ( http: / / www.21cnjy.com )果胶酶的活性在上升，等达到B点时，酶的活性达到最高；随后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。但是A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而C点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，以后再降温，也不能改变酶的活性。
4．D
1．说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。
2．举例说明酶在工业生产中的应用。
3．尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。
4．认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以及科学技术是不断发展的。
一、酶的家族与酶制剂的生产
1．酶的种类
（1）根据存在部位分为：胞内酶和______酶。
（2）根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、________酶、裂解酶、连接酶、转移酶和________酶六大类。
2．酶的优点
比无机催化剂____________，反应条件______。
3．酶的生产
（1）微生物发酵生产：大量________都是利用微生物发酵生产。
（2）基因工程菌发酵生产：一些________是通过基因工程菌发酵生产。
4．固定化酶技术
（1）方法：采用多种办法将酶固定在一定的________上，制备成________的固体颗粒，称为固定化酶。
（2）固定化酶的优点：避免了______产物，又可以______使用，从而有助于实现反应的________化和自动化。
二、酶在工业生产中的应用
1．酶相比无机催化剂的优越性
（1）反应能在______、常压和________条件下进行，可以节省大量的能源和设备投资。
（2）生产过程中不会造成__________，符合环境保护的要求。
（3）生产过程简单、________，产品质量好，生产成本低。
2．应用
（1）已成功用于______工业、改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。
（2）在________和化工工业方面有着广泛的应用。
（3）在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产______。
答案：一、1.（1）胞外 （2）水解 异构
2．催化效率高 温和
3．（1）应用的酶 （2）重要的酶
4．（1）载体 不溶于水 （2）污染 反复 连续
二、1.（1）常温 中性pH （2）严重的污染 （3）效率高
2．（1）食品 （2）轻工业 （3）药物
1．酶催化反应的优缺点
（1）酶催化反应的优点主要表现在以下几个方面。
①酶催化的反应类型十分广泛。六大酶类催化的反应
基本上涵盖了各种化学反应类型，因此，酶具有极其广泛的应用范围。
②酶催化的反应具有极高的选择性，包括对底 ( http: / / www.21cnjy.com )物的种类，底物中的区域、位点等的选择性，因此，一种酶只能够催化一种底物或一类底物的一种反应，酶反应可以在一个十分复杂的系统内进行特定的反应，而且几乎没有副反应，反应的转化率和产率高。这在临床检验、化学分析和特定产品的生产上要比化学方法具有更大的优势。
③酶催化的反应速度快。酶催化的反应速度大约比化学催化剂催化的反应速度快1010倍，因此，酶催化的反应时间短，设备利用率高，生产效率高。
④酶催化的反应条件温和，一般是在常温、常压、近乎中性pH条件下反应，因此，能耗低，设备要求低，使用时间长，反应成本和操作成本低。即使近期开发出来的极端酶类，如耐高温酶和嗜酸碱酶等，催化反应的条件也远比化学催化剂催化的反应条件低得多：最高温度在100 ℃左右，最适pH为2～11，不必在强酸、强碱条件下进行。
（2）酶催化反应的缺点主要有以下几个方面。
①大多数酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易发生变性、失活，因此，在使用和保存酶时要十分小心，要尽可能保持适宜的条件。为了维持酶的稳定和催化效率，在酶催化反应和保存时要使用缓冲液系统；一般的酶不能够耐受高温，可以在低温下保存，但是也有的酶在低温下也会失活，甚至更不稳定。有些酶对金属离子十分敏感，为保持这些酶的稳定性和催化反应的活性，还需要一些特定的金属离子；大多数酶对有机溶剂比较敏感，在这些有机溶剂中易失活。因此，必须根据具体的酶的性质采取相应的措施。
由于酶对温度、pH和有机溶剂敏感，稳定性差，使之在某些应用上受到限制。
②绝大多数酶溶于水，催化反应结束后，多数酶 ( http: / / www.21cnjy.com )还有活性，因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。为了不让酶污染产物，往往通过加热或其他方法使酶变性失活，从反应系统中除去。这样，花了很大力气生产的酶只使用了一次，就不得不使其变性失活，这是很大的浪费。当然，现在发展的酶的固定化技术，可以提高酶的稳定性，还可以解决酶催化反应后从反应体系中分离重复使用的问题。
③有些酶，如氧化还原酶、转移酶、某些裂解酶，在催化相应反应时，需要特殊的辅助因子，如NAD＋、NADH、NADP＋、NADPH、FAD、FMA、ATP，以及金属离子等。因此，在酶催化反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。而这些辅酶参加反应后，如果没有辅酶再生系统使之再生，一旦辅酶完全被消耗，酶反应就会停止；辅酶一般十分昂贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。为解决这个问题，人们可以采用两种办法：一是使用含有酶的微生物细胞，通过提供适当的辅酶再生的底物，如葡萄糖，利用细胞的辅酶再生系统，使辅酶再生循环使用；另一种办法是建立辅酶再生的酶反应系统与主要的酶反应耦联，使辅酶可以再生循环使用。
2．使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较
类型 优点 不足
直接使用酶 催化效率高，低耗能，低污染等 对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中酶很难回收，不能被再次利用，反应后酶会混合在产物中，可能影响产品质量
固定化酶 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用 一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物都是通过一系列的酶促反应才能得到的
3.酶制剂的主要品种
酶制剂有多种。从形态上分，有固体酶制剂和液 ( http: / / www.21cnjy.com )体酶制剂，例如，在制糖工业和发酵工业上，经常使用的、用于制备葡萄糖的葡萄糖淀粉酶，就有固体和液体两种。固体酶制剂体积小，容易运输、保存，比较稳定，所以大多数酶制剂以固体形式生产、销售。固体酶制剂的主要缺点是杂质含量高，酶活性较低，生产过程中需要沉淀和干燥，酶活性损失较大。液体酶制剂是继固体酶制剂之后发展的剂型，相对于固体酶制剂，它的生产比较简单，成本较低，使用方便。液体酶制剂的生产关键是解决酶制剂的稳定性问题，为此，液体酶制剂中大多需要加入适当的稳定剂和保护剂。另外，液体酶制剂的运输和保存也较固体酶制剂难度大些。
按酶制剂在应用领域上的分类，有用于工业生产上作为催化剂的工业酶制剂（如α淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖异构酶、青霉素酰化酶、天冬氨酸酶等等），有用于食品生产加工的酶制剂（又称为食品酶制剂），还有用于临床检测的诊断酶制剂，用于化学分析的酶分析制剂，用作药物的药物酶制剂和用于洗涤剂的洗涤酶制剂等。
按酶的来源不同，还可将酶制剂分为植物酶制剂、动物酶制剂和微生物酶制剂。针对应用的需要，按酶生产加工方法的不同，又可将其分为游离酶制剂、固定化酶制剂、酶试纸、酶电极等。
题型一 酶的功能
【例1】 下列叙述属于酶的功能的是（ ）
A．酶的催化作用受温度的影响 B．酶对酸碱度的变化很敏感
C．酶大多是蛋白质 D．酶是生物催化剂
解析：分析各选项，A、B两项叙述的是影响酶功能的因素，C项叙述的是酶的性质，只有D项叙述的是酶的功能。
答案：D
题型二 固定化酶技术的应用
【例2】 试分析下图中，不是酶的常见固定方式的是（ ）
解析：A、B选项适合于酶的固定化，C选项既可用于酶固定，也可用于细胞固定。
答案：D
反思领悟：固定化酶通常采用包埋法、化学结合法和物理吸附法。
题型三 固定化酶技术的特点
【例3】 下列不属于固定化酶在利用时的特点的是（ ）。
A．有利于酶与产物分离 B．可以被反复利用
C．能自由出入依附的载体 D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应
解析：固定化酶是采用包埋法、化学结合法或物理吸附法将酶固定在一定载体上，所以固定化酶不能自由出入依附的载体。
答案：C
1．根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是（ ）。
A．呼吸酶 B．光合酶 C．消化酶 D．解旋酶
2．在果汁生产中加入果胶酶的目的是（ ）。
A．分解纤维素 B．增加果汁的营养成分
C．增加果汁的黏稠度 D．使榨取果汁变得更容易，并使果汁澄清
3．下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是（ ）。
A．在B点之前，果胶酶的活性和温度成正比；之后，成反比
B．当温度升高到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化效率最高
C．A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升
D．C点时，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以上升
4．酶的固定化常用的固定方式不包括（ ）。
A．吸附 B．包埋 C．化学结合 D．将酶加工成固体
答案：1．C 胞内酶是存活 ( http: / / www.21cnjy.com )在活细胞内的酶，胞外酶是指分泌到细胞外的酶，呼吸酶、光合酶、解旋酶都在细胞内发挥催化作用，消化酶由消化腺分泌到消化道起消化作用。
2．D
3．D 从题图中可以看出随着温度升高， ( http: / / www.21cnjy.com )果胶酶的活性在上升，等达到B点时，酶的活性达到最高；随后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。但是A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而C点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，以后再降温，也不能改变酶的活性。
4．D